JPS62501497A - Single crystal silicon ingot drawn continuously - Google Patents

Single crystal silicon ingot drawn continuously

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JPS62501497A
JPS62501497A JP50011985A JP50011985A JPS62501497A JP S62501497 A JPS62501497 A JP S62501497A JP 50011985 A JP50011985 A JP 50011985A JP 50011985 A JP50011985 A JP 50011985A JP S62501497 A JPS62501497 A JP S62501497A
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JP50011985A
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Inventor
シユーマーカ,ジヨン・シイ
Original Assignee
ダイアモンド・キュ−ビック・コ−ポレ−ション
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/002Continuous growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

連続して引き出される単結晶シリコンインゴット発明の分野 この発明は、半導体グEノ・−ドのシリコ:ノ1こ関σるbのであり、特t、’ :沖続竹多1.1調とし4人さな単結晶のドープされたシリコンインボッ!・を 9113へする方ン人&: l!11するものである。。 R」−息イW−ぶV 半導体グ1ノードのシリ:コンは、人さく成長しつつ6りる二1′導体、コンビ l−タ、:jI5器払お、1、び電子〕二業のり礎どなっている。゛1′−導体 グレードのシリ−1ンは、非常に高い純度を要求されることに五つ(特徴づけら れ7:it3す、純1真のレベルは他の化学や冶金学の技術分野にJ3いて)沫 升求されず、また側底到達することのできないらのである。、、半導体グしI− ドのシリコンのもう1つの特徴1.;1 、 、!iS!イ)用途(こaメいて 、わずかで(Jあるが正確(ン既知のまたは]ン1−「】−ルされた小の特定の 不純物をシリコンが含71 ’Jるという必要性で3f)る。これは、シリ“] ンのドーピングとしく゛知られCおり、その生成物はドープされたシリコンと呼 ばれろ、1シリコンにドープされる典型的4 Continuously drawn single crystal silicon ingot Field of invention This invention relates to the silico part of a semiconductor semiconductor node, and is particularly applicable to the semiconductor node. :Okizuki Taketa 1.1 tone and 4 people in a monocrystalline doped silicon implant! ·of Person who goes to 9113 &: l! 11. . R”-Breath IW-BuV Semiconductor group 1 node silicon: 6-circuit 2-1' conductor, combination The foundation of the two industries is booming.゛1'-Conductor Grade Si-1 has five (characterized) high purity requirements. 7: It3, Jun 1 true level is J3 in other technical fields of chemistry and metallurgy) They are not sought after and cannot reach the bottom. ,,Semiconductor guide I- Another feature of silicone: 1. ;1,,,! iS! b) Purpose (here) , with a slight (J, but accurate (n known or]n1-") 3f) due to the necessity that silicon contains impurities. This is Siri “] The product is called doped silicon. Damn it, typical 4 doped into 1 silicon.

【元素としては、ボ[1ン、燐、砒 祭およびアンチモンがある。ボロンは典型的な電イアクレブタであり、燐は典型 的な電子ドナーである。たとえば、1!!定の領域またはシリコンボディの全体 にボ[コンもしくは燐をドープしたシリコン、またはシリコンボディの異イする 領域にボ1コンJ3よび燐をドープしたシリコンは電子のバルブとなり、一般に 半導体と呼ばれる。これは、スイッチ、増幅器、メ[すJ3よび適当な電子i1 111回路の他の電子機能部品に幅広く利用され得るものである。半導体工業は 、今日非常に発展し、数多くの半導体デバイスが直接に市場に出回り、あるいは ]ンビュータ、ラジオ、テレビ、コントローラおよび無数に近い色々な他の電子 デバイスに組込まれている。 この半導体工業の基礎となっているのは、比較的小さいがしかし未だよりR,達 している手心体材料供給産業であり、これらはシリコンおよびシリコン化合物、 ドーピングシリコンのための化合物(ドーパントと呼ばれている)、およびドー プされたシリコンを、最終的なもしくは部分的に生産された形態で、他の化学品 および種々のシリコンをベースとしたコンポーネントと同様に供給している。 半導体工業において広く用いられているシリコンの形態の1つは、半導体グレー ドの単結晶シリコンインゴットである。半導体グレードの、111結晶シリコン インゴツトは、ヂ:1クシルス4コー法として知られている成長単結晶の非常に よく知られ広く用いられている古典的な方法で製造されている。この方法は、し ばしばC2法と呼ばれている。金属の単結晶インゴットは、チョクラルスキー法 に従って、金属の小さな単結晶を接触させて金属の溶融体を成長さU、単結晶を 回゛転させながらゆっくりと金属溶融体から単結晶を引き上げることにより成長 さ°Lる。単結晶は、その結晶の融点よりも低い温度に保持される。結晶と直接 接触している結晶の近傍の溶融体の居は、わずかに数原子のIQみであり、単結 晶の種の上に積み重ねられ、種成長する。溶融体の原子は、その種と同じ結晶構 造で積み川ねられ、したがって、より大きな単結晶が形成される。この/ロセス は、単結晶の層の上の層に継続して起こり、大きなインゴットが形成されるまC 成長するインゴットの上にjft mする。これらのインゴットは非常に人さく り−ることができ、典型的なものでは100ko以上で、かつ直径数インチで、 長さ数フィートにすることができる。もし挿J′3よび溶融体が、この場合にお いて半導体シリコンのように高純度の金属である場合には、結晶構造が実質的に 完全な7:5純度半導体グレードのシリコンの単結晶であるという結束になる。 単結晶成長の多くの改良法J3よび変形法が知られており、たとえば、米国特z 1第3998598号、第4282184号、第4410494号、第4414 94号J3よび第4458152@を参照されたい。 しかしながら、チョクラルスキー法は限界がない訳ではなく、完全に超高純度の シリコンを製造でることが技術上の絶頂の2績の1つであるとすれば、この方法 は重大な問題点を有している。チョクラルスキー法は、一般にバッチ工程で行な われる。適当な源からの所定量のシリコンがるつぼ内で溶融され、溶融るつぼが 空になるまで種結晶を引き出す。もし万一シリコン原料が完全に純粋で、かつ工 程上不純物が入り込まないならば、理論的には、完全に均一な純度の、完全t≧ 甲結晶を製造り゛ることがひさる。しかしながら、これは不可能なことであり、 たとえわずかな不純物の存在でさえもインゴットの純度に不均一性をもたらす。 インゴットが溶融物から引き出される際、“バーアイシ」ニング(分配)°′と して知られる現象が起こり、そこで不純物が優先的に結晶中に移動しで成長する か、または優先的に溶融物中に留まる。t’2 ’Hの方がより一般的である。 代表的な場合には、バーアイシミ1ニングの効果により溶融物中に不純物が集め られようとする。したがって、結晶が成長するにつれて、不純物の溶融物中での 濃度が増加覆る。 この分配の効果により、溶融物中に存在づる相対的に一定ス1J合の不純物が結 晶中に分配される結果となるので、結晶が成長する間、溶融物中の不純物のレベ ルが増加するに従い、結晶中の不純物のレベルもまた増加する。したがっC1結 晶物中の不純物のレベルは結晶が成長するにつれて増加するくもし不純物が優先 的に結晶中に分配される場合には、逆のことが生じる)a100万分の1の単位 の不純物が電子的特性に変化を与えるようなデバイスにおいては、このような不 純物の勾配は事実上用人な問題となる。この問題は、結晶に沿う不純物の勾配が 電子的特性に重要な影響を与えないような結晶の大きさに川にル11限すること により、しばしば解消されるものである。 電気的性質が超高純度シリコンのそれと異なるような、結晶の全体にわたって既 知のまたはフントロールされたドーバン1−の吊を右するが、インゴットの長さ 方向に沿ってすべての場所で均一である1llll結晶インボツのシリコンを! l!fj 9することは望まれていることである。既に述べたことから明らかな ように、ヂコクラルスキーのバッチ1程は、均一にドープされた単結晶のインゴ ットのシリコンを′¥J造するにはあまり適していない。この発明の主な特徴1 1 、インゴットの長さ方向に沿ってインゴット−がドーパントの均一なレベル を有するような、連続まに=はほぼ連続を話調とする変形的なヂョクラルスキー ブロヒスによるlit結晶シリコンインゴットの成長方法にある。 半導体グレードのシリコンの製造に関しては種々の方法が知られている。高純度 シリコンを製″jllνる初期の方法には、す[]ロシランまたはシリコンアト ラクロライドを、たとえばタンタルのタングステンのフイラメン1−の五′)す 高温のフィラメント上で熱分解づ′る方法が含まれている。他のこのような方法 は、パシリコンを得るh法″という名称コンテトラクロライドの熱分解によりシ リコンを生成している。シリコンは強く石英管に付着し、冷却中または(の棲に 石英管を壊すことにより回収されている。同様のプロセスが英国特許第9245 45号、1963年4月24日、″゛高純度のシリコンを製造する方法″に記載 されている。 上述のプロセスの変形した方法が、米国特許第3963838す、セラティ等、 °゛シリコン製造関しての石英流妨床反応器の操作方法”に記載されており、そ の中で、石英の壁に賄積したシリコンは2ミルを越えず、生成の間中、壊して壁 から剥がされている。核を形成したシリコン粒子上のシリコンの生成については 、米国特許第3012862号、1961年12月12日、パートランド等、お よび米国特許第3012861丹、1961年12F112日、リング等に記載 されている。種粒子の生成については、米0J特許第4207360号、198 0年6月10日、バドヴアニに2戟されている。シリコン生成の熱分解法の変形 については、米国特許第4117094号、1978年7月26日、ブローカー ジュニア等、および米国特許第42(35859号、1981年5月5日、ジエ ウエットに記載されている。 ガラガグリア等、米国特許第4309241号、1982年1月5日には、化学 的気相成長チャンバ中を通し°Cシリコン溶融物から種結晶上でシリコンの細い 棒を引き出すことにより、大きな単結晶半導体本体を製造するシリコンの製造が 記載されている。しかしながら、溶融物というよりはむしろシリコンの溶融体か ら引き出したシリコンリボン表面、ヒでの気相成長によりシリコンの塊を製造す るガラガグリア等の方法は、種結晶」ニで単結晶を成長させる古典的なヂョクラ ルスキー法の変形である。 トリブロモジランから超高純度の半導体グレードのシリコンを製造する方法につ いては、米国特許第4084024号、シミセフ・シー・シューマーh−119 78年4月11日、および第4318942号、ワーナー等、1982年3月9 日に記載されている。 このように、従来の技術どして、シリコン半導体材料の大きなインゴットの製造 が知られているが、これらが溶融物から単結晶を成長させるヂョクラルス士−法 によるものであるにしろ、加熱したフィラメン1−またはシリコンのリボン上で の気相成長であるにしろ、パップで行なわれ、これらのプロセスにはバッチ処理 に伴なう境界の条件によりておよび不純物の分配(パーティシ」ニング)によっ てII+限がある。この発明は、これらの従来の限界および不十分さを解消し、 かつ連続もしくはほぼ連続して、超高純度の半導体グレードのシリコンインゴッ トおよび一定のドーピングレベルを有したドープされたシリコンのインゴットの 製造を可能にするものである。 連続的なヂコクラルス4ニー法による単結晶シリコンを製造する試みがなされて いるが、知る限りにおいて、十分に信頼でき、かつ完全に満足できるそのような 方法は見出されていない。上記のタイプの連続的な結晶の引き出し方法に伴なう 主要な問題の1つは、高品質、高純度の単結晶成長が溶融物中における安定した mおよび熟的バランスを維持することにまさに依存していることにある。わずか な熱的な乱れでさえ、結晶成長を混乱させ、結果として通常廃果物として再度溶 融しな【ノればならないような多結晶のインゴットを生じる。これは、明らかに 非常に不経済で望ましくない出来事である。従来技術のシリコン原料は、典型的 な場合には、大きなまたは小さなシリコンの跣もしくはヂ1rンクから作られ、 これらはしばしばその大きさ、形状および表面積が大きく異なるものである。し たがっで1これらの材料の取扱いは雑しく、正確な81m手段によってるつぼに 供給することができない、連続的な供給装置を設けたりまたは設けようと試みる と、Cz炉の熱的バランスJ5よび安定性を乱し、これによって不完全な結晶成 長のおそれが!Lじるかあるいは増大する。もしシリコンを細かい粉に砕くとす れば、表面積が増大し、単純に粉砕操作からの本?1的f、T不純物が加わる。 このような−F酸物の大きな不規則な表面積に、J、って、溶融物中に多へ1の 酸素J3よび他の吸るおよび吸収された不純物を導くことなしに、シリコンを粉 砕または細かく砕いた形態で供給することは実*、、h不可能となる。常に生成 物の品質が損われ、多くの非常に高価な不要のインゴット・となるおそれが箸【 ツク増加する。1つのインゴットが数千のウェハに分けられ、ぞlノでそれぞれ のウェハが数十から数百の半導体デバイス、またはその中で形成された数千の半 導体デバイスを有した集積回路にすることがでさることを考慮すれば、完全なシ リコンの単結晶インゴットを製造する信頼できる方法の!!D性は正しく認識さ れるべきである。この発明の重要な特徴(ユ、シリコンインゴットの連続した成 長に関づる従来の技術のグベ“Cのもしくはほどんどの問題を解消し、J1常に 高品質でU)高純酊の完全な単結晶シリコンインゴットを本質的に連続して経済 的に製jじづ−る方法をりえるものである。 1胛み一象煎一 この発明は、<a )球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集せず に単分散した、直径が約1/2から約211111のシリコンの粒子を’1JT i、し、(1))シリコンの溶融体を形成し、(C)工程(a )の単分散した シリ」ン粒子を1稈(b)の溶融体に連続しC供給し、次に(d):II程(h )のシリコンの溶融体から連続的にシリコンの単結晶を引き出し、それにJ、− )でインゴット・の全長にわたって本質的に均・−な配合を右した超n純度のシ リコンのインボッ1−を形成することにより、半導体グレードのシリZ】ンを連 続的に製造する。?′J法について記載するものである。 この発明は、(a)溶融シリコンの母体を形成1ノ、〈1))前記溶融体に、体 積に対す−る表面の比率が低く、超高純度で球状の、個々に凝集していない単分 散した、llJ仔約1/2から約2m〜のシリコンの粒子を連続的に供給し、( C)体積に対する表面の比率が低く、球状で、個々に凝集していないllj分散 した、シリコンの粒子であって、所定量のドーパントを含み直径約1/2から約 21のシリコンの粒子を製造し、(d )工程(C)の粒子を前記溶融体中に連 続して供給し、インて<e>ドーパントを含んだシリコンの溶融体から一定φの ドーパントを有した単結晶シリコンを連続的に引き出し、そにれよってインゴッ トの長さに沿って、そこに均一なm度のドーパントをイjした半導体グレードの シリコンのインゴットを’&j3aすることにより、その長さに沿って一定レベ ルのドーピングを有したシリコンのインゴットを連続的に製造する方法として最 も有利なものである。 この発明は、またその長さ方向に沿って一定の組成を有したドープされたシリコ ンインゴットを連続的に製造する方法として表わすことができ、すなわち、球状 で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集せず単分散したシリコンの粒子 の2つの流れをシリコンの溶融体に供給することを含み、前記流れの1つは他方 の流れよりも高純度であり、他方の流れはドーパントを含有したシリコンを備え ており、そして溶融体から連続して単結晶を引き出すものである。 この発明はシリコンの独特の形態の極めて重要でかつ予測できない展開を含んで おり、連続的な完全な単結晶シリコンインゴットの製造に関して新規な方法での そのようなシリコンの極めて印象的なかつ明らかでない用途を包含している。 及」!弓11 ここで記載し請求の範囲で述べるシューマーカシリコンプロセス(Schuma cherSIIlcon process:5SP)には、シリコンの独特の形 態が従来知られでいなかった新しい結果とともに新しいブOt?スな可能にする という認識を含むものである。半導体グレードのシリコンは、球状で、体積に対 する表面の比率が低く、個々に凝集せずに単分散し、平均の直径が約1+i+i で、最大の粒度分布が約1/2から約21011であるシリコンの粒子から製造 することができる。 この生成物は、それぞれの球体がまさにほとんど完全で、かつそれぞれの球体同 士がほぼ同じ大きさであり、自由に流動する“散弾のような″生成物である。こ こで用いる半導体グレードとは、半導体デバイス製造産業にl!3いて定義され るものであって、たとえば0.1ppbボロン、0.31)llb燐などのもの である。このような原料は、“流動床”反応器中におけるほぼ大気圧下での60 0℃から1000℃でのブロモシランの熱分解または水素還元によって形成され るもので、生成物の直径は1/2aaiから2111aのものとなる。流動床反 応器に適した原料のり材粒子は、より大ぎな粒子の粉砕または摩擦によって作る ことができる。ただそれらの純度および汚染からの回避の点から、小さな基材粒 子の形態は重要でない。シューマーカシリコンプロセスの工程1の生成物の球形 度は、工程1の流動床反応器に供給されたこれらの″基材の゛′粉粒子上#c積 される間中、発達する。もちろんブロモシラン化合物の熱分解または水素還元の 結果として堆積を生じ、厳密なブロモシランおよび選択した分解還元方法に依存 したシリコンおよび種々の副生成物を生成する。 この工程で焼結を避1:Jることは重大なことである。ブロモシランの系におけ る焼結の逃避は、熱分解が最も少なくなるような低い分子!i湯温度することに より達成することができ、たとえば次式で小寸ような水素還元の結果として生じ る水素の希釈によって促進される。 T、 熱分解 4Sf I−+[3r s →Si +38+ Br 4 +2112T214 z 還元 S i HBr s+ト12 →S I +311B ’ここでT2はT、より も高い。 焼結は表面の湾曲の駆動力のもとにお(:Jる表面拡散の結果として生じるもの で、小さな粒子を少なくし大きな粒子を成長させるような粒子分布を生じさ゛C 1全体の正味の体積に対する表面の比率を低下させ、互いに接触している粒子を 結合させてさらに系の表面/体積比率を減少させる。 シューマーカシリコンプロセス(SSP)の工程1の生成物は単分散であり、約 1 / 211fflから211111までの粒子ぐある。よつ【、蒸発して、 系の中に存在′!jるより大きな粒子に堆積するかまたは成長させるような小さ な粒子は存在しのもしくは顕茗な範囲で起こる。ここで、Ti+pは焼結棒の融 点を示ν′。シリコンの場合、Tmp=1420℃であるから、1693’Kx 0.6− = Tsinterir+Q、となる。したがJ ’Z %約750℃1ス土の 温度で、焼結が始4.る。しかしながら、実際は、工程1の反応器は流動床反応 器であるので、1粒子間の接触時間はλ1)い1111間であり、この理由a3 よび生成物の141分散性によ−)で、いくらか昌い温度、すなわち約1000 ℃−・1050 ’Cに至るまで焼結は問題とならない。 工程2にΔノいで、連続的なCz溶融物にドブ−およびアクセプターを添加1ノ で、ドープされたシリコンが¥J迄される。このプロセスで用いられるブ[Jモ ジランの作用流体が、できるだけ純粋なものであるというのでは八く、トノ一ー またはアクセプタが濃縮される1程での部分から取り出されるという以外、]− 稈21ま工程1ど同様である。調整された作用流体J5よび[3Br3もしくは PBr Iは、十分にボ[」ンまたは燐がドープされ、非常に少4ふい金属を含 イYした(441体グレードの)多結晶シリコンがこの目的のため段Klされた 流動床反応器中で製造さねるJ、うに、供給の流れに添加されるa S S P ・の工程3は、溶融物から種を引さ土−げるCzプロセスによる一定成分の単結 晶シリコンの連続的もしく[;IF連続的な製造である。現7影用いられている 技術では、シーメンズプロセス″!1′なわらブl:11f、シランの化学反応 を用いないプロセスによりて特定のIR(5〜10から60または100もしく はイね以1−4!でのka)の半導体グレードのバッチ溶解物が製造され、した がりて、工程183よび2から連続的にCZ原料を製造マることができず、固体 −液体層境界を横切る不純物の分配が生じる。これは、ドナーおよびアクセプタ を含む不純物が、その固体層との平衡において液体中で異なる平衡′fa度で存 在することによる。 したがって、溶FJ!A化したシリコンのわずかのmのバッチがCZプロセスに おいて固型化するので、不純物の園度は溶融物中で時間とともに変化し、溶融物 から固型化した固体中でその場所とともに変化する。 SSPにおいて、この分配は2つの理由で避けられる。 すなわち、(1)バッチプロセスで1よないので、そのためパ境界の値”がプロ セスの操作と相互に作用しないことおよび(2)溶融物の組成が一定に維持され ており、したがって固体の組成もまた一定であるので、固体中の位置に無関係で あること(少なくとも引張る軸方向については)。 溶融物の体積の不変は、SSPの原料すなわち工程1の生成物添加と、固型化に よって溶融物から単位時間あたり取除かれる坦による正確な相殺とでなしとげら れる。 この発明の重要な特徴は、球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集 せず単分散しており、平均直径が約11であるシリコンの粒子を調整された数だ け一定の速度でシリコンの溶融物中に添加する工程にあり、典型的には球体ごと に、単結晶が成長するにつれて溶融物に本質的に正確に補給し、しかしながら量 または熱的バランスおよびるつぼまたは溶融物の安定性を崩壊したりあるいは乱 したすすることがないことにある。固体層n(ま、体積に対する表面の比率が可 能な限り最も小さく、また個々に凝集しておらず単分散し、約111のほぼ均一 な直径を有したシリコン粒子の球体として特徴づけられる粒子で導入されるので 、溶融物の参および熱的バランス、すなわち加えられたシリコンを溶融し、単結 晶および環境による損失を補うのに必要な熱に与える影響は、個々の粒子の導入 速度の関数となる。1度に1つまたはそれ以上の個々の本質的に同一の熱容量の 粒子が導入される速度は調整され一定に保たれているので、系が吸収する熱もし くは熱源が必要とする熱においては乱れまたはパスパイク″がない。この発明に より完全な単結晶シリコンを連続的に信頼性高く成長させることができるので、 この発明のこの而の重要性を過大評価であるとすることは難しい。 溶融混合物は、原r1として工程2の生成物を用いたSSPの添加物にドーピン グした生成インゴットの所望の成分に関して本質的に一定に保たれている。 したがって、シューマーカシリコンプロセスは、集積回路およびシリコン光太陽 電池を含む半導体デバイス製造のための優れた品質のウェハを製造するため以下 の工程を備えるものである。 1、 ブロモシラン、特にトリブロモシラン(St Her、)を適当なUl& (600℃〜1050℃)で流動床熱分解することにより、緻密で単分散した、 球状で大きな直径(0,5〜211111)の半導体グレードの多結晶シリコン の玉を調製する。 2、 流動床反応器にBI3r3またはpHIを添加する以外【ユ同様にして、 はぼ同じ大きさのドープされた多結晶シリコンの玉を調製する。 3、 単結晶シリコンの固型化により溶融物から取除かれるシリコンおよびドー パントと正確に等量になるよ・)、工程1および2からの生成物をCZ溶融物に 添加する。ここで、大きなり“イズのくほぼ直径で110ffi)の玉は、その 密度とともに、体積に対する表面の比率が十分に低いため、溶融物の過剰の酸素 による汚染を排除することが注目される。これは、より古く、直径がより小さく 、さらに比重がより小さい流動床生成物に伴なう問題として知られており、この ものは半導体グレードのシリコンの連続的または半連続的なC7に対する原料と して用いにうと試みられているものである。加えて、工程1および2からの生成 物の単分散の+を質は、結晶が引き出され玉が溶融物に加えられる際系にお番プ る熱的負荷を正確にコントロールすることを許容する。 このプロセスの利点は、改良された品質のウェハを与えることであり、これはウ ェハが分v1されるインゴットが可能なかぎり均一であることによるにちがいな い。この均一性は、熟的勾配が一定で成分の勾配が一定である溶融物からのCZ 結晶の連続的または半連続的な引き出しによって^められ、微lj成分の増加の みが起こる。微量成分の増加が非常に大きくなる前に、約300フィー1−の結 晶を引き出1ことができろ、。 実際)ユ、溶融物への瓜加物は、事実、成長している固体−液体界面に接触する 前に)8融してしまうに3tいない。そのため、添加物はけ一%:(weir) まtl−は他の配列に隠れζ、成長する固体−液体界面の領域への対流によって 運ばれる以前に、そのよ)な瓜加物がa a i−61;、十分な時間がもたら される。 セキの配列は、通常のCZのるで)ぽど区別されるSSPのるつぼの唯・−の特 徴である。シt、:がって、C7結晶川さ出し設備に比べて、新たな設備Get 必要でない。したがって、結晶成長技術について2収した特許の中で一般的に説 明されているiQ備および既に述べに段(!iは、わfかな改変のみで用いられ るものである。結晶1.1浅い溶融物または深い溶融物から引き出されるもので ある。加熱、誘導、抵抗、RF、マイクIコウエ・−ブなど神々の形態のものを 用いることができる。壁面接触および溶融物の対流路をコントロール覆るために 電磁場を用いることができる。これらのすべては、半導体グレードの!ド結晶シ リニー1ンのCZ引き出しの技術として知られているものである1、 sspが操作される装置は、溶融物から引き出される際のインゴットの取扱いの ための配列のみが標準的な結晶引き抜き炉と異なっている。標準的な塔は、限定 された長さのインゴットのみを扱うものである。SSPでは、少なくとも部分的 な負荷を支持するためにまた取付けられている横の支持部により溶融物からの臨 界角内で結晶が一直線に保たれるように配列がEQけられている。 製造されたインゴットは、負型的なインゴットよりもかなり長く、従来のCZの インゴットよりもflIaのおよび多量の溶質種の位置による変化がかなり少な くなっている。 それからこのインゴットはスライスされ、積み重ねられて通常の方法で11され てウェハにされる。これらのウェハはドーピング、欠陥または不純物濃度におい て1つのウェハど次のウェハとの間で、およびインボッi−の一方端と他方端と の間でiJとんと変化がなく、技術的な観点から明らかに大きな改良であること を示す。 衷/7i(1i111 超高純度の単分散した球状のシリコン粒子を、米国特許第4084942号に記 載されたプロセスに従って’R造した。この粒子は、高密度で、1/2から2B のほぼ均一な大きさであり、主として約11の直径で、細粉およびごみのない流 動性の生成物が形成された。 米国特許第4084942Nに記載された方法と同様の方法を用い、しかしドー パント、たとえばボロントリブロマイドまたは燐トリブロマイドを111制御さ れた濃度で含有したトリブロモシランを原料として用いて、物理的な外観、大き さおよび特徴【ま同じeあるが、既知の均一なa度のドーパントを含む生成物を 製造した。ドーパントの濃度は所Tのおよび有効なレベルにづることができ、一 般的には0゜001からi ppmの範囲内であり、この生成物はドーパントの 低いレベルを与えるためシリコン溶融物中に原料として用いられるものである。 比較的高いドーパント濃度のものがよく用いられる。なぎなら、色々な原料の比 率にすることによって、シリコン溶融物中t゛のドーパントの濃度をコントロー ルすることができるからで65る。 最終的に、溶融したシリコンの母体は、その前の段階での原料、づなわら高純度 なシリコンおよびドープされたシリコンの所望の比率によって仕上げられ【、均 一な組成の溶融物にされる。組成は、連続的な供給によるプロセスのすべての操 作の間中、所望の原vlの比率に均一に維持されテイル。5ppb(7)F−パ ンl” tR(7) m融物は、o、’vppb以下の高純度なシリコンと1o ppbのドーパント世のドープされたシリコンの等h%を供給することにより維 持される。 単結晶シリコン(高IIT!度のものでもよい)を、古典的なブー、ヨクラルス キー法に従つ(、溶融物に接触さぜ次6iで、回転さt!ながう引き出し、そし て全長にわたって5 ppbの均一な成分を右する単結晶インボッ1−を成長さ せる。?11i結晶は、非常に長い時間の間、溶融物から連続して引き出すこと ができる。設備の股上1および取扱いの都合から、この長さの結晶は1分に扱う ことができないとされているのではあるが、計n」−は、300フィート以上の 長さの単結晶が完全に可能であることが示されている。 要約すると、この発明の方法l、末、1つの原料が所定のレベルのドーバン1〜 を含んだように+シリコンの2つの原料のシリコン金属の溶融体を形成−qるこ とにより連続的に単結晶インボッ1−を%I造することを含む。りなわら、前記 シリコンの溶融体からドープされたシリコンの11i結晶インゴツ1へを連続し て引き旧島前記インゴットがそのインボッ!・の長さにわたってドーパントの濃 度が均一であることを特徴とするものであり、前記原料を前記シリコンの溶e体 中に連続して供給し、そのことにより単結晶をそこから引き抜く間前記溶融体中 におけるドーパンI−の濃度を均一に維持するものである。ここで用いる連続的 もしくは連続的にという言葉は、周期的にまたは中断することなく、並べられた 工程を繰返しながらプロセスを進めることを意味する。 したがって、時折、半連続的なという言い方をするが、連続的なプロセスは、プ ベての原料の引ぎ扱きの間シリコン材料原料を定常的に添加することと同様に、 溶融物から結晶を引き出しながら、シリコン材料の原料を周期的に繰返し導入す ることをも含む。すべての原料は本質的にいくらかの不純物または付加物を含ん でいるので、超高純度シリコンおよびドープされたシリコンの言葉は、これらの 言葉が持つ一般的な技術的な意味において使用される。この発明の範囲内におい ては、2つの原料は同じドーパントの2つの濃度、または2つもしくはそれ以上 のドーパントの同じもしくは異なるQ度をそれぞれ含むことがぐきる。 ・二の発明の方法は、第′1の原料、寸なわも超高軸度半導体グレードのシリコ ンを備える第1の原料をシリコン金属の溶用1体に供給し、既知ωの?1′導体 ドーパント・が添加された超高純度の半導体グレードのシリ−クンを備えた第2 の原料を供給し、(シて、J−述のステップを進行させる間、前記溶融体からド ープされ/jシリー]ンの中結晶を引き抜くという]二程を含むものと()て表 わt4るごとがCさるa好ましくけ、この発明の方法は、球状e、体積に対する 表面の比率が低く、個々に凝集し゛(おらず、単分散しており、約1)の直径を イ4−46シリコン粒子にJ、−3で特徴づ〔)られる第1のシリコン混合物を 前ム1シ溶融イもに導入し、球状rS体積に対マる表面の比率が低く、個々に凝 集L/ (、13らず単分散し、約11!ffiの直径を有したドープされたシ リ:32粒子によって特徴づけられる第2のシリコン混合物を前記溶融体に導入 し、これらのステップを進めながら、同時に、溶融体からドー・ブされたシリコ ンの半導体グレードのインゴットを引き出りという1稈を含む。好ましく Lt  、ドープされたシリコン粒子は、ボロン、アンチモン、砒素J、たは燐を含む 。この発明の特に好ましい態様にJ3いては、シリコン粒子およびドープされた シリコン粒子は、約1111111の平均直径 ゛を右し、粒子原料は本質的に 焼結した粒子、本質的に直径が2am以上の粒子および本質的に111径が1/ 2mm以下の細かい粒子を本質的に含まない。 L又ユ!Iυ垢 この発明は、半導体工業に広くかつ一般的に利用されるものである。 国際調査報告 [Elements include boron, phosphorus, arsenic, and antimony. Boron is a typical electron collector, and phosphorus is a typical electron donor. For example, 1! ! Silicon doped with boron or phosphorus in certain regions or the entire silicon body, or silicon doped with boron or phosphorus in different regions of the silicon body, becomes a valve for electrons and is generally referred to as a semiconductor. It can be widely used in switches, amplifiers, bus J3 and other electronic functional components of suitable electronic i1 111 circuits. The semiconductor industry is highly developed today, with numerous semiconductor devices available directly on the market or incorporated into computers, radios, televisions, controllers, and a nearly countless variety of other electronic devices. The basis of this semiconductor industry is a relatively small, but still more The hand-maintained materials supply industry includes silicon and silicon compounds, compounds for doping silicon (called dopants), and doping. The company supplies silicon in its final or partially produced form, as well as other chemicals and various silicon-based components. One form of silicon widely used in the semiconductor industry is semiconductor gray. This is a single-crystal silicon ingot. Semiconductor grade, 111 crystalline silicon ingots are produced by a very well known and widely used classical method of growing single crystals known as the 1:1 xyls-4-co method. This method This is often called the C2 method. Single-crystal metal ingots are produced by growing a molten metal by bringing small single crystals into contact with each other according to the Czochralski method, and then slowly pulling the single crystal out of the molten metal while rotating the single crystal. It grows by . The single crystal is held at a temperature below the melting point of the crystal. The molten material near the crystal, which is in direct contact with the crystal, has an IQ of only a few atoms and is not a single crystal. They are piled up on crystal seeds and grow like seeds. The atoms in the melt have the same crystal structure as the seed. The crystals are piled up in the structure, and therefore larger single crystals are formed. This /process continues to occur layer upon layer of single crystal until a large ingot is formed. These ingots are very sensitive They are typically over 100 ko and can be several inches in diameter and several feet long. If the insert J'3 and the melt are When the material is a high purity metal such as semiconductor silicon, the crystal structure is essentially a perfect single crystal of 7:5 purity semiconductor grade silicon. Many improved methods J3 and variants of single crystal growth are known, see, for example, US Pat. However, the Czochralski method is not without its limitations, and if producing completely ultra-pure silicon is one of its two technological pinnacles, this method has serious problems. have. The Czochralski method is generally performed in a batch process. be exposed. A predetermined amount of silicon from a suitable source is melted in the crucible and the seed crystals are withdrawn until the melting crucible is empty. In the unlikely event that the silicon raw material is completely pure and If no impurities are introduced, it is theoretically possible to produce a perfect crystal of completely uniform purity, t≧A. However, this is not possible and the presence of even small impurities leads to inhomogeneities in the purity of the ingot. When the ingot is withdrawn from the melt, “bar icing” (dispensing) °′ A phenomenon known as oxidation occurs, where impurities either migrate preferentially into the crystal and grow, or preferentially remain in the melt. t'2'H is more common. Typically, the effect of bar eye staining tends to collect impurities in the melt. Therefore, as the crystal grows, the concentration of impurities in the melt increases. This distribution effect causes a relatively constant amount of impurities present in the melt to bind together. The level of impurities in the melt decreases during crystal growth, resulting in partitioning into the crystal. As the number of crystals increases, the level of impurities in the crystal also increases. Therefore C1 knot The level of impurities in a crystal increases as the crystal grows (the opposite occurs if impurities are preferentially distributed into the crystal). In devices that change the Purity gradients become a practical problem. This problem is often overcome by limiting the crystal size to a size such that impurity gradients along the crystal do not significantly affect the electronic properties. Already present throughout the crystal, whose electrical properties differ from those of ultra-high purity silicon? A crystalline ingot of silicon that is uniform at all locations along the length of the ingot, even though the suspension of the doban 1- is known or huntroled. l! It is desired to fj 9. As is clear from what has already been said, Dzikokralski's batch 1 is a homogeneously doped single crystal ingot. It is not very suitable for manufacturing commercially available silicon. Main Features of the Invention 1 1. According to Dzokralski-Brohiss, a continuous or nearly continuous variant, such that the ingot has a uniform level of dopant along the length of the ingot. A method for growing a lit crystal silicon ingot. Various methods are known for producing semiconductor grade silicon. Early methods of producing high-purity silicon included silane or silicon atom. Methods include pyrolyzing lachloride on a hot filament of tungsten, such as tantalum. Another such method is the pyrolysis of contetrachloride, named ``h method'' to obtain silicone. Generating recon. Silicon strongly adheres to the quartz tube and is recovered by breaking the quartz tube during cooling or during cooling. A variation of the process described above is described in U.S. Pat. It is In the quartz wall, the amount of silicon deposited on the quartz wall does not exceed 2 mils, and is broken down and peeled off from the wall during production. For the formation of silicon on nucleated silicon particles, see US Pat. No. 3,012,862, December 12, 1961, Partland et al. and US Pat. No. 3,012,861, 12F112, 1961, Ring et al. The generation of seed particles is discussed in US Pat. No. 4,207,360, June 10, 1980, by Badovani. For a variation of the pyrolysis process for silicon production, see U.S. Pat. No. 4,117,094, July 26, 1978, Broker Jr. It is listed in wet. Garagaglia et al., U.S. Pat. The manufacture of silicon for the main body is described. However, rather than a melt, it is a silicon melt. The surface of the silicon ribbon pulled out from The method of Galagaglia et al. This is a variation of the Russky method. How to produce ultra-pure semiconductor-grade silicon from tribromodylan No. 4,084,024, Simicef C. Schumer H-119 April 11, 1978, and US Pat. Thus, although prior art techniques are known for producing large ingots of silicon semiconductor material, whether by the Dzoklars method of growing single crystals from a melt or by the method of growing single crystals from a melt, heated filament 1- or vapor phase growth on ribbons of silicon, performed in pups, these processes are affected by the boundary conditions associated with batch processing and by impurity partitioning. There is a II+ limit. The present invention overcomes these prior limitations and inadequacies and provides continuous or near-continuous production of ultra-high purity semiconductor grade silicon ingots. This allows the production of doped silicon ingots with a high density and a certain doping level. Attempts have been made to produce single crystal silicon by a continuous Dicoclarus 4-knee process, but to the best of our knowledge no such process has been found to be fully reliable and completely satisfactory. One of the major problems with continuous crystal drawing methods of the type described above is that high quality, high purity single crystal growth is precisely dependent on maintaining a stable m and ripe balance in the melt. It's about being dependent. Even slight thermal disturbances can disrupt crystal growth and result in re-melting, usually as waste fruit. It produces a polycrystalline ingot that must be melted. This is obviously a very uneconomical and undesirable event. Prior art silicon feedstocks are typically made from large or small silicone bases or necks, which often vary widely in size, shape, and surface area. death Therefore, the handling of these materials is cumbersome and cannot be fed to the crucible by precise 81m means; the provision or attempt to provide a continuous feed system may affect the thermal balance J5 and stability of the Cz furnace. This causes incomplete crystal formation. There is a risk of long life! L decrease or increase. If silicon is crushed into fine powder, What if the surface area increases and the book simply comes from the grinding operation? 1 f, T impurities are added. Due to the large irregular surface area of such -F acids, it is possible to powder silicon without introducing much oxygen and other adsorbed and absorbed impurities into the melt. It is practically impossible to supply it in crushed or finely ground form. There is always a risk that the quality of the product will be compromised and you will end up with a large number of very expensive unwanted ingots. A single ingot is divided into thousands of wafers, and each wafer can contain tens to hundreds of semiconductor devices, or thousands of semiconductor devices formed therein. Considering that it is possible to create an integrated circuit with conductor devices, it is possible to create a complete system. Reliable method to produce single crystal ingots of recon! ! D gender is correctly recognized Should be. Important features of this invention (i.e. continuous production of silicon ingots) Eliminating most or all of the problems of conventional technology related to length, it is possible to economically produce a perfect monocrystalline silicon ingot of consistently high quality and high purity in an essentially continuous manner. This invention is characterized by <a) spherical particles with a low surface-to-volume ratio, monodisperse without individual agglomeration, and small diameter particles. About 1/2 to about 211,111 silicon particles are heated to 1JTi, (1) to form a silicon melt, and (C) the monodispersed silicon particles of step (a) are mixed into one culm (b). ) is continuously supplied with C, and then (d): a silicon single crystal is continuously drawn out from the silicon melt of (h) by about II, and J, - ) is added to the silicon single crystal over the entire length of the ingot. Ultra-n pure silicone with an evenly balanced composition Semiconductor grade silicon can be connected by forming an in-bore of silicon. Continuously manufactured. ? 'J method is described. This invention provides (a) forming a matrix of molten silicon; (1)) adding a body to the melt; Ultra-pure, spherical, non-individually aggregated monomers with a low surface to product ratio. (C) Dispersed silicon particles with a low surface-to-volume ratio, spherical, and not individually agglomerated; (d) producing particles of silicon containing a predetermined amount of dopant and having a diameter of about 1/2 to about 21, and (d) incorporating the particles of step (C) into the melt; Then, single crystal silicon having a constant φ of dopant is drawn out from the silicon melt containing <e> dopant, thereby forming an ingot. A constant level along its length is achieved by depositing an ingot of semiconductor grade silicon with a uniform degree of dopant along its length. The best method for continuously producing silicon ingots with high doping. is also advantageous. The invention also provides a doped silicon with a constant composition along its length. can be described as a method for the continuous production of ingots, i.e. two streams of spherical, low surface to volume ratio, monodispersed, non-agglomerated, silicon particles are fed into the silicon melt. one of the streams being of higher purity than the other stream, the other stream comprising dopant-containing silicon, and successively drawing single crystals from the melt. This invention involves a very important and unexpected development of the unique morphology of silicon, and a very impressive and unobvious use of such silicon in a novel way for the production of continuous perfect single crystal silicon ingots. It includes. ”! Bow 11 The Schuma cherSIIlcon process (5SP) described and claimed herein involves the unique shape of silicon. A new concept with new results that were previously unknown? It includes the recognition that it is possible to do something. Semiconductor grade silicon is spherical and has a small volume It can be made from particles of silicon that have a low proportion of surface area, are monodisperse without individual agglomeration, have an average diameter of about 1+i+i, and have a maximum particle size distribution of about 1/2 to about 21011. The product is such that each sphere is just about perfect and each sphere is identical. It is a free-flowing, "shot-like" product with approximately the same size as the particles. child The semiconductor grade used here refers to the semiconductor grade used in the semiconductor device manufacturing industry. For example, 0.1ppb boron, 0.31)lb phosphorus, etc. Such feedstocks are formed by pyrolysis or hydrogen reduction of bromosilane at 600°C to 1000°C under near atmospheric pressure in a "fluidized bed" reactor, with product diameters of 1/2 a. 2111a. Fluidized bed Raw material particles suitable for reactors can be made by grinding or abrasion of larger particles. However, from the point of view of their purity and avoidance from contamination, small base particles The morphology of the offspring is unimportant. The sphericity of the product of step 1 of the Schumarker silicone process develops during the deposition on the powder particles of these substrates fed to the fluidized bed reactor of step 1. Of course, the bromosilane Deposits occur as a result of pyrolysis or hydrogen reduction of the compound, producing silicon and various by-products depending on the exact bromosilane and the decomposition reduction method chosen.Sintering can be avoided in this process. This is important. In the bromosilane system, The escape of sintering is a low molecular weight that minimizes thermal decomposition! I decided to change the temperature of the hot water. can be achieved as a result of hydrogen reduction, e.g. This is facilitated by the dilution of hydrogen. T, thermal decomposition 4Sf I-+[3rs →Si +38+ Br4 +2112T214 z reduction S i HBr s+t12 →SI +311B'Here, T2 is higher than T. Sintering occurs as a result of surface diffusion under the driving force of surface curvature, producing a particle distribution that favors the growth of large particles with fewer small particles. It reduces the surface to volume ratio and binds the particles that are in contact with each other, further reducing the surface/volume ratio of the system.The product of Step 1 of the Schumarker Silicon Process (SSP) is monodisperse and approximately There are particles ranging from 1/211ffl to 211111. Particles are present or occur to a considerable extent. Here, Ti+p is the melting point of the sintered rod. Indicate the point ν′. In the case of silicon, since Tmp=1420° C., 1693′Kx 0.6−=Tsinterir+Q. However, at a temperature of approximately 750°C, sintering begins. Ru. However, in reality, since the reactor in Step 1 is a fluidized bed reactor, the contact time between one particle is λ1) and 1111, and for this reason a3 and the dispersibility of the product, there is some Sintering is not a problem up to moderate temperatures, i.e., about 1000 DEG C.-.1050 DEG C. In step 2, the dope and acceptor are added to the continuous Cz melt at Δ, and the doped silicon is made up to ¥J. The block [J model] used in this process Process 21 is similar to step 1, except that the working fluid of the dilan is not as pure as possible, but is taken from the toner or the part where the acceptor is concentrated. The prepared working fluids J5 and [3Br3 or PBrI are well-doped with boron or phosphorous and contain very little metal (441-grade) polycrystalline silicon for this purpose. Step 3 of a S S P , which is produced in a fluidized bed reactor and added to the feed stream, is a constant process by a Cz process that subtracts the seeds from the melt. Single bond of component It is a continuous or IF continuous production of crystalline silicon. The technology currently in use is the Siemens Process ``!1'' Straw Bladder: 11f, a process that does not use silane chemical reactions to achieve a specific IR (from 5 to 10 to 60 or 100 or more). Yes, it's 1-4! A semiconductor grade batch melt of ka) is produced and therefore the CZ feedstock cannot be produced continuously from steps 183 and 2, resulting in impurity partitioning across the solid-liquid layer boundary. . This means that impurities, including donors and acceptors, exist at different equilibrium degrees in a liquid in equilibrium with its solid phase. By being present. Therefore, molten FJ! A small batch of A-converted silicon goes through the CZ process. Since the impurity concentration changes with time in the melt, it also changes with location in the solid solidified from the melt. In SSP, this distribution is avoided for two reasons. In other words, (1) the batch process is not equal to 1, so the value of the parameter boundary is (2) the composition of the melt remains constant, and therefore the composition of the solid also remains constant, so it is independent of position in the solid (at least in the axial direction of the pull); about). The constancy of the volume of the melt is due to the addition of the SSP raw material, i.e. the product of step 1, and the solidification. Therefore, precise offset and deformation by the plate removed per unit time from the melt. It will be done. The key features of this invention are a controlled number of silicon particles that are spherical, have a low surface to volume ratio, are monodisperse rather than individually aggregated, and have an average diameter of about 11. It is a process in which silicon is added to the melt of silicon at a constant rate, typically sphere by sphere, essentially precisely replenishing the melt as the single crystal grows, but depending on the amount or thermal balance and the crucible. or sipping that disrupts or disturbs the stability of the melt. Solid layer n (well, the ratio of surface to volume is possible) The silicon particles are introduced in the smallest possible size and are characterized as spheres of silicon particles, individually non-agglomerated, monodisperse, and having a nearly uniform diameter of approximately Balancing, i.e. melting the added silicon and single bonding The effect on the heat required to compensate for crystal and environmental losses is a function of the rate of introduction of the individual particles. The rate at which one or more individual particles of essentially the same heat capacity are introduced at a time is regulated and held constant, so that the heat absorbed by the system also decreases. There are no disturbances or pass spikes in the heat required by the heat source. It is difficult to overestimate the importance of this aspect of the invention since more perfect single crystal silicon can be grown continuously and reliably. The molten mixture was doped into the SSP additive using the product of step 2 as raw r1. The desired composition of the produced ingot is kept essentially constant. Accordingly, the Schumarker silicon process comprises the following steps to produce superior quality wafers for the manufacture of semiconductor devices, including integrated circuits and silicon photovoltaic cells. 1. By fluidized bed pyrolysis of bromosilane, especially tribromosilane (St Her, ) at suitable Ul& (600°C to 1050°C), it is possible to obtain dense, monodisperse, spherical and large diameter (0.5 to 211111) Prepare beads of semiconductor grade polycrystalline silicon. 2. Prepare doped polycrystalline silicon balls of approximately the same size in the same manner as above except adding BI3r3 or PHI to the fluidized bed reactor. 3. Silicon and dope removed from the melt by solidification of single crystal silicon Add the products from steps 1 and 2 to the CZ melt in exactly the same amount as the punt. It is noted here that the large ball (approximately 110 ffi in diameter), together with its density, has a sufficiently low surface to volume ratio to eliminate contamination of the melt with excess oxygen. This is a known problem with older, smaller diameter and lower specific gravity fluidized bed products, which are used as feedstock for continuous or semi-continuous C7 of semiconductor grade silicon. This is something that is being attempted to be used in this way. In addition, the monodisperse quality of the products from steps 1 and 2 allows precise control of the thermal load placed on the system as the crystals are drawn and the beads are added to the melt. . The advantage of this process is that it gives wafers of improved quality, which This must be due to the fact that the ingot into which the wafers are divided is as uniform as possible. stomach. This uniformity is enhanced by the continuous or semi-continuous withdrawal of CZ crystals from the melt with a constant gradient and a constant component gradient, resulting in a slight increase in the lj component. misfortune happens. A result of about 300 feet 1- is reached before the increase in trace components becomes too large. You should be able to pull out the crystal. In fact, the melt added to the melt actually melts less than 3 tons before contacting the growing solid-liquid interface. Therefore, the additive (weir) matl- is hidden in other arrangements, and before it is carried by convection to the region of the growing solid-liquid interface, the additive (weir) matl- is a i-61;, enough time is provided be done. Seki's arrangement is the only characteristic of the SSP melting pot that is distinguished by the usual CZ rules. It is a sign. Therefore, compared to the C7 crystalline extraction equipment, new equipment is not required. Therefore, among the two patents on crystal growth technology, there is a general explanation. iQbi as specified and already mentioned (!i is used only with slight modification) It is something that Crystals 1.1 are drawn from shallow or deep melts. Divine forms such as heating, induction, resistance, RF, and microphones can be used. Electromagnetic fields can be used to control wall contact and melt convection paths. All of these are semiconductor grade! crystal The equipment in which SSP operates, known as Linney's CZ drawing technology, differs from standard crystal drawing furnaces only in its arrangement for handling the ingot as it is drawn from the melt. ing. Standard towers only handle ingots of limited length. In SSP, the pressure from the melt is removed by lateral supports which are also installed to support at least a partial load. The array is EQ-shaped so that the crystals are kept in a straight line within the boundary angle. The produced ingots are significantly longer than negative-type ingots and are much less variable with the location of flIa and abundant solute species than conventional CZ ingots. It has become. The ingots are then sliced, stacked and wafered in the conventional manner. These wafers are free of doping, defects or impurity concentrations. There is no significant change in iJ from one wafer to the next, and from one end of the ink to the other, clearly representing a significant improvement from a technical standpoint.衷/7i(1i111) Ultra-high purity monodisperse spherical silicon particles are described in U.S. Pat. No. 4,084,942. It was built according to the process described. The particles are dense, approximately uniform in size from 1/2 to 2B, primarily about 11 in diameter, and flow free of fines and debris. A dynamic product was formed. Using a method similar to that described in U.S. Pat. No. 4,084,942N, but dosing Punt, such as boron tribromide or phosphorus tribromide, is controlled by 111. Using tribromosilane as a raw material at a given concentration, a product with the same physical appearance, size and characteristics, but containing a known uniform degree of dopant, was prepared. The concentration of the dopant can be scaled to a given T and effective level; Typically in the range of 0.001 to i ppm, this product is used as a feedstock in silicon melts to provide low levels of dopants. Relatively high dopant concentrations are often used. For eel, there are various ratios of raw materials. The concentration of dopants in the silicon melt can be controlled by 65 because it can be read. Finally, the molten silicon matrix is finished and homogenized with the raw materials from the previous step, as well as the desired ratio of high-purity silicon and doped silicon. A melt of uniform composition is formed. The composition is controlled throughout all operations of the process by continuous feeding. The desired original VL ratio is maintained uniformly throughout the production. 5ppb (7) F-Pa The melt can be maintained by supplying equal h% of high purity silicon below o,'vppb and doped silicon with 1o ppb of dopants. held. Monocrystalline silicon (high IIT! degrees is also fine) is used in the classic Boo, Yokurals Follow the key method (contact the melt, then rotate at 6i, pull out for a long time, and A single-crystal ingot with a uniform composition of 5 ppb over its entire length was grown. let ? 11i crystals can be continuously drawn from the melt for very long periods of time. Although it is said that a crystal of this length cannot be handled in one minute due to the height of the equipment and handling considerations, a single crystal with a length of 300 feet or more can be completely It has been shown that it is possible. In summary, the method of the present invention involves forming a melt of silicon metal of two raw materials of + silicon such that one of the raw materials contains a predetermined level of doban. and continuously forming a single crystal ingot. Then, the doped silicon 11i crystal ingot 1 is continuously drawn from the silicon melt, and the ingot is injected!・Concentration of dopant along the length The raw material is continuously fed into the silicon melt, thereby controlling the dopane I- in the melt while the single crystal is drawn from it. This is to maintain a uniform concentration. As used herein, the term "continuously" or "continuously" refers to a process that repeats a sequence of steps periodically or without interruption. Thus, although sometimes referred to as semi-continuous, a continuous process involves the process of removing crystals from the melt, as well as the constant addition of silicon material during the pulling process of the raw material. The silicon material raw material is periodically introduced while drawing out the material. It also includes. Since all raw materials inherently contain some impurities or additives, the terms ultra-high purity silicon and doped silicon are used in their general technical sense. Within the scope of this invention In other words, the two feedstocks can each contain two concentrations of the same dopant, or two or more dopants with the same or different Q degrees.・The method of the second invention uses the first raw material, ultra-high axiality semiconductor grade silicon. A first raw material having a known ω is supplied to a melting body of silicon metal. 1' Supplying a second feedstock comprising ultra-pure semiconductor grade silicone doped with conductor dopants (and removing dopant from the melt while proceeding with the steps described above). Preferably, the method of the present invention is a spherical e, surface to volume ratio. A first silicone mixture characterized by J, -3 is formed into silicon particles with a diameter of low, individually agglomerated (not agglomerated, monodispersed, and approximately 1). Introduced into a molten potato, the ratio of the surface to the spherical rS volume is low, and the particles condense individually. doped silica L/(, 13, monodisperse, with a diameter of about 11!ffi) A second silicon mixture characterized by 32 particles is introduced into the melt, and while these steps are proceeding, the doped silicon is simultaneously removed from the melt. Contains one culm called a drawer made of semi-conductor grade ingot. Preferably, the Lt doped silicon particles contain boron, antimony, arsenic, or phosphorus. In a particularly preferred embodiment of the invention, the silicon particles and doped silicon particles have an average diameter of about 1,111,111 mm, and the particle source consists of essentially sintered particles, essentially having a diameter of 2 am or more. It is essentially free of particles and essentially fine particles with a 111 diameter of 1/2 mm or less. Lmatayu! This invention is widely and commonly used in the semiconductor industry. international search report

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.(a)1つの原料が所定量のドーパントを含む2つのシリコンの原料のシリ コン金属溶融体を形成し、(b)前記シリコン溶融体からドープされたシリコン の単結晶インゴツトを連続的に引き出し、前記インゴットはインゴットの長さに わたってドーパントの濃度が均一であることを特徴とし、一方 (c)前記原料を前記シリコン溶融体に連続して供給し、それによって溶融体融 から単結晶を引き出す間、前記溶融体におけるドーパントの濃度を均一に維持す る工程を備える、連続的に単結晶インゴットを製造する方法。1. (a) Two silicon raw materials in which one raw material contains a predetermined amount of dopant. (b) doped silicon from said silicon melt; of single crystal ingots are continuously drawn out, and said ingots are It is characterized by a uniform dopant concentration throughout the (c) continuously feeding said raw material to said silicon melt, thereby Maintaining a uniform concentration of dopant in the melt while drawing a single crystal from A method for continuously producing a single crystal ingot, comprising the steps of: 2.(a)シリコン金属の溶融体に第1の原料を供給し、前記第1の原料が超高 純度の半導体グレードのシリコンを備え、 (b)前記シリコン溶融体に第2の原料を供給し、前記第2の原料が半導体ドー パントの既知の量を添加した超高純度半導体グレードのシリコンを備え、さらに (c)工程(a)および(b)を進める間、前記溶融体からドープされたシリコ ンの単結晶を引き出し、工程(a)、(b)および(c)が本質的に連続して進 行する工程を備える方法。2. (a) A first raw material is supplied to a silicon metal melt, and the first raw material has a super high temperature. Featuring purity semiconductor grade silicon, (b) supplying a second raw material to the silicon melt, and supplying the second raw material to the semiconductor dope; Featuring ultra-pure semiconductor-grade silicon doped with a known amount of Punt, plus (c) While proceeding with steps (a) and (b), doped silica is removed from said melt. Steps (a), (b) and (c) proceed essentially sequentially. A method comprising the steps of: 3.(a)半導体グレードのシリコンの溶融体を形成し、 (b)前記溶融体に球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集してお らず、単分散し、約1mmの直径を有するシリコンの粒子を導入し、 (c)前記溶融体に、球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集して おらず、単分散し、約1mmの直径を有するドープされたシリコン粒子を導入し 、さらに(d)工程(b)および(c)を本質的に連続的に進めながら、一方で 、前記溶融体から本質的に連続的に半導体グレードのドープされたシリコンのイ ンゴットを引き出す工程を備える、単結晶シリコンの成長方法。3. (a) forming a melt of semiconductor grade silicon; (b) the melt is spherical, has a low surface-to-volume ratio, and is individually agglomerated; introducing monodispersed silicon particles having a diameter of about 1 mm, (c) the melt is spherical, has a low surface-to-volume ratio, and is individually agglomerated. doped silicon particles with a diameter of approximately 1 mm are introduced. , and (d) while proceeding essentially sequentially with steps (b) and (c). , essentially continuously producing semiconductor grade doped silicon from the melt. A method for growing single-crystal silicon, which includes a step of pulling out a nanogot. 4.ドープされたシリコン粒子がボロントリブロマイドまたは燐トリブロマイド を含むことを特徴とする請求の範囲第3項記載の方法。4. Doped silicon particles are boron tribromide or phosphorus tribromide 4. A method according to claim 3, characterized in that the method comprises: 5.工程(b)のシリコン粒子および工程(c)のドーブされたシリコン粒子が 、約1mmの平均直径を有し、粒子原料が、本質的に、焼結粒子、本質的に直径 が2mm以上の粒子および本質的に直径が1/2mm以下の細かな粒子を含まな いことを特徴とする、請求の範囲第3項記載の方法。5. The silicon particles of step (b) and the doped silicon particles of step (c) are , having an average diameter of about 1 mm, the particle raw material is essentially a sintered particle, having an average diameter of about 1 mm. Does not contain particles with a diameter of 2 mm or more and essentially fine particles with a diameter of 1/2 mm or less. 4. A method according to claim 3, characterized in that: 6.(a)シリコンの溶融体を形成し、(b)前記溶融体からシリコンの単結晶 インゴットを引き出し、さらに (c)前記溶融体に、そこからシリコンを引き抜けるように、球状で、体積に対 する表面の比率が低く、個々に凝集しておらず、単分散し、直径が約1/2から 約2mmまでのシリコンの粒子として特徴づけられる個々のシリコンの粒子を制 御された速度で導入する各工程を備える、単結晶シリコンインゴツトの成長方法 。6. (a) forming a melt of silicon; (b) forming a single crystal of silicon from said melt; Pull out the ingot and (c) a spherical, relative to the volume of the melt so as to be able to draw the silicon therefrom; It has a low proportion of surface area, is not individually aggregated, is monodisperse, and has a diameter of about 1/2 to Controls individual silicon particles, characterized as silicon particles up to approximately 2 mm. A method for growing single crystal silicon ingots with each step being introduced at a controlled rate. . 7.(a)シリコンの溶融体を形成し、(b)球状で、体積に対する表面の比率 が低く、個々に凝集しておらず、単分散し、本質的に均一な直径を有するシリコ ンの粒子として特徴づけられる個々のシリコン粒子を、前記溶融体に制御された 速度で本質的に連続して導入し、さらに (c)上述の粒子としてシリコンを導入する速度で本質的に、前記溶融体から半 導体グレードのシリコンの単結晶インゴットを引き抜く各工程を備える、単結晶 シリコンインゴットの連続的成長方法。7. (a) forms a melt of silicon; (b) is spherical and has a surface to volume ratio; silica with low particle diameter, non-individual agglomerates, monodisperse, and essentially uniform diameter. Individual silicon particles, characterized as particles, are introduced into the melt in a controlled manner. Essentially continuous introduction at speed and further (c) the rate of introduction of silicon as particles as described above essentially makes it possible to halve from said melt; Single-crystal, with each step of drawing a single-crystal ingot of conductor-grade silicon. Continuous growth method for silicon ingots. 8.さらに、(d)球状で、体積に対する表面の比率が低く、個々に凝集してお らず、単分散し、本質的に均一な直径を有するドーパントを含有したシリコン粒 子として特徴づけられる第1の前記粒子と異なる個々のシリコン粒子を制御され た速度で前記溶融体に導入する工程を備えることを特徴とする、請求の範囲第6 項記載の方法。8. Furthermore, (d) it is spherical, has a low surface-to-volume ratio, and is not individually aggregated. dopant-containing silicon grains that are monodisperse and essentially uniform in diameter. controlled individual silicon particles different from the first said particle characterized as a child; Claim 6, characterized in that it comprises the step of introducing the melt into the melt at a rate of The method described in section.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109972200A (en) * 2019-04-18 2019-07-05 邢台晶龙电子材料有限公司 Continuous pulling silicon single crystal growing method

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0633218B2 (en) * 1987-12-08 1994-05-02 日本鋼管株式会社 Silicon single crystal manufacturing equipment
EP0494312B1 (en) * 1990-07-26 1996-10-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method and apparatus for making single crystal
DE10250822B4 (en) * 2002-10-31 2006-09-28 Siltronic Ag A method for producing a single-crystal doped with volatile foreign matter of silicon
EP1577954A1 (en) * 2004-03-09 2005-09-21 RWE SCHOTT Solar GmbH Method for transporting solid particles
US9664448B2 (en) * 2012-07-30 2017-05-30 Solar World Industries America Inc. Melting apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4036595A (en) * 1975-11-06 1977-07-19 Siltec Corporation Continuous crystal growing furnace
US4084024A (en) * 1975-11-10 1978-04-11 J. C. Schumacher Co. Process for the production of silicon of high purity
US4249988A (en) * 1978-03-15 1981-02-10 Western Electric Company, Inc. Growing crystals from a melt by controlling additions of material thereto
US4318942A (en) * 1978-08-18 1982-03-09 J. C. Schumacher Company Process for producing polycrystalline silicon

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109972200A (en) * 2019-04-18 2019-07-05 邢台晶龙电子材料有限公司 Continuous pulling silicon single crystal growing method

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